激光熔覆用wflc11钴基合金粉末的研究

激光熔覆用wflc11钴基合金粉末的研究

结果表明，经过多年的光学吸收结果表明，目前，原材料的耐腐蚀性铬粉末主要根据火焰扩散和离子喷射工艺的特点进行设计和生产，不能满足激光熔合的需要。迫切需要研究适合激光熔合工艺特点的纳米粉末。而激光熔覆用合金粉末中硼、硅含量要比火焰喷涂、等离子喷焊用的低。为此我们研制了WFLC-11钴基合金粉末,其中硼、硅含量比Co2、WF141等钴基合金粉末的低,激光熔覆时抗开裂性较好。为了推广使用,进行了熔覆层厚度-激光比能量的关系曲线和性能研究,并与Stellite6合金粉末等离子喷焊层进行了性能对比。其性能数据说明WFLC-11钴基合金粉末是一种较理想的激光熔覆用钴基合金粉末;实验获得的熔覆层厚度-激光比能量的关系曲线为应用提供了参考数据。1试验条件1.1粉末成分WFLC-11合金粉末和Stellite6合金粉末成分见表1。1.2q3钢板的制备试样为70mm×50mm×10mm的Q235钢板;设备包括TJ-HL-5000型数控CO2激光加工机(最大额定输出功率5kW)。2试验和结果分析2.1最佳熔覆层厚度的确定研究表明:激光熔覆的粉末量及熔覆层质量主要由激光比能量决定。功率太高,熔覆层的稀释率高;功率太低,粉末不能熔透,熔覆层中有生粉夹杂,甚至不成型。即一定厚度的熔覆层所需的激光熔覆密度有一定的范围。由于在其他激光熔覆工艺参数一定的情况下,扫描速度越快,即激光比能量越小,熔覆层的稀释率越低,单位时间熔覆的面积越大。所以激光熔覆所需的最小功率密度是工艺制定的主要参数。由于激光熔覆所需的最小功率密度没有统一标准或定义,综合各种定义或标准,本试验将“熔覆层接触角大于90°,表面由不甚光滑到光滑的激光功率密度”定为激光熔覆最小功率密度,则激光比能量G=P/VsD。其中,P为激光功率密度,Vs为扫描速度(mm/s),D为光斑直径(mm)。根据公式G=P/VsD,要获得一定宽度的最佳熔覆状态的比能量,可按下述方法进行:(1)通过调节激光功率P,改变熔覆时的比能量G,造成熔覆状态的改变;(2)当单用功率调节不行时,改变扫描速度Vs也可改变激光比能量,以获得最佳熔覆状态,但这时还要同时改变送粉量Vg以保持熔覆层厚度不变。本试验工艺参数就是按上述方法制定的,通过逐渐逼近法,观察熔覆层表面状态,将接触角小于90°、表面由不甚光滑到光滑——最佳熔覆状态的激光熔覆工艺参数记录下来,并计算比能量。通过对0.5,1.0,1.5,2.0mm4种常用厚度,5,7,10mm3种熔覆层宽度的WFLC-11合金粉末激光熔覆层进行试验,获得了不同宽度的激光熔覆层厚度-激光比能量关系曲线图见图1。由图1可见,随着熔覆层厚度增加,所需激光比能量增加;随着熔覆层宽度增加,获得同厚度熔覆层的激光比能量增加。根据图1的数据和公式G=P/VsD,用2kW激光功率获得5mm宽、1.0mm厚、1000mm长的激光熔覆层约需1.8min;用4.5kW激光功率获得7mm宽、2.0mm厚、1000mm长的激光熔覆层约需5.0min。2.2等离子喷焊stellity6合金层试样的制备试样制取方法:用1.06J/mm比能量(P=2.7kW,Vs=375mm/min,D=7mm),30%的搭接率,按每层厚度约1mm,在试样上获得3层约3mm厚的激光熔覆试验。等离子喷焊Stellite6合金层试样在PDA-400型等离子喷焊设备上进行,喷焊层厚度约3mm。熔覆(或喷焊)后试样用线切割割取横截面作金相试样和显微硬度试样;用线切割在磨平表面的试样表面割取40mm×20mm×1mm或40mm×40mm×1mm腐蚀试样、ϕ16mm×5mm高温硬度试样。2.2.1图2:222用王水腐蚀后的试样金相显微照片见图2,图3。由图可见,WLC-11合金粉末激光熔覆层金相组织比Stellite6等离子喷焊层的细小得多。2.2.2行,以行,结果见图2高温硬度测试在KL-A型真空高温维氏硬度计上进行,结果见图4。由图可见,WFLC-11激光熔覆层的高温硬度比等离子喷焊Stellite6合金粉末更好,完全能满足各种高温阀门和气门的工况条件。2.2.3wflc-11合金层的耐蚀性试验按GB4334.6—84《不锈钢——硫酸腐蚀试验方法》进行,即在5%硫酸中沸腾6h,结果见表2。结果表明,激光熔覆的WFLC-11合金层具有很好的耐蚀性,其腐蚀速率比等离子喷焊Stellite6的低一个数量级。一起进行试验的等离子喷焊WFLC-11合金熔覆层腐蚀速率为1049g/(m2·h),明显高于激光熔覆层的,这说明激光熔覆层耐腐蚀性能更好,其原因是激光熔覆层致密度更高。3气孔密封面广某内燃机车气门密封面在大修时都已磨损,用手工堆焊或等离子喷焊都存在气门密封面易产生开裂或气孔等问题,大都被迫报废。我们用激光熔覆WFLC-11钴基合金修复了数百支气门,均满足气门密封面的技术要求,为铁路机务段节约了成本。4wflc-11的晶体结构及应用(1)根据常用厚度与最小比能量关系曲线,激光比能量随着WFLC-11合金熔覆层厚度或宽度的增加而增加。用户可以根据这些曲线和变化趋势制定WFL